解决大数据瓶颈的三种新型的内存技术_专栏

现状

计算性能正在以数据访问技术无法比拟的速度增长。DRAM非常适合内存处理，但容量也有限，且本质是易失的。SSD可以扩展到大规模部署，每GB的成本要低得多。他们只是没有实时事务操作的性能。DRAM的容量不足以解决当今的实时数据分析问题，而传统存储的速度并不足够快。

新内存技术

纳米随机存储器（NRAM）：是Nantero公司的一种非易失性存储器技术。其原理主要是在一个片状基层上分布碳纳米管。具有DRAM级的性能和惊人的数据保留能力。与DDR协议的兼容性意味着我们可能会看到配备NRAM的DIMM能够插入内存插槽。

相变存储器（PCM）：相变存储器通常是利用硫族化合物在晶态和非晶态巨大的导电性差异来存储数据的一种信息存储装置。与当今的NAND闪存类似，相变存储器是非易失性的。具有更好的写入性能，出色的耐久性和更低的功耗的潜力。

铁电存储器（FRAM）：铁电存储器是一种特殊工艺的非易失性的存储器。是采用人工合成的铅锆钛(PZT) 材料形成存储器结晶体。它将动态随机存取存储器（DRAM）的快速读取和写入访问。尽管它的密度很低，但在数据持久性、低功耗和几乎无限写持久性的应用中，它是SRAM的一个可行替代品。

纳米管RAM瞄准DRAM纳米管RAM瞄准DRAM

由Nantero开发的NRAN由碳纳米管（CNT）存储单元组成，碳纳米管是人类所知的具有最大拉伸强度的材料之一，并有独特的结构和电性能，提供了理想的新一代超快速、超高密度和极低能耗存储器。

Nantero 的 NRAM 速度可以与 DRAM 相媲美，但是密度高于 DRAM，其非易失性又和闪存一样出色，在待机模式下功耗几乎为零，每位元的写入能量比闪存低 160 倍，并且对环境因素（甚至达到摄氏 300 度的高温、寒冷、磁性、辐射、振动）有高耐受性。

上图：CNT存储单元的SET和RESET状态由对应于1和0的高阻和低阻定义

NRAM 作为一种电阻式非易失性随机存储器 NVRAM，根据 CNT 纤维的阻力状态可以放置在两种或以上电阻模式。当 CNT 没有接触时，纤维的电阻状态高并显示“0”状态（见图）。当 CNT 接触时，纤维的电阻状态低并显示“1”状态。

相变存储器：Optane可能证明这一点有效

相变存储器（PCM）是一种非易失存储设备，它利用材料的可逆转的相变来存储信息。同一物质可以在诸如固体、液体、气体、冷凝物和等离子体等状态下存在，这些状态都称为相。相变存储器便是利用特殊材料在不同相间的电阻差异进行工作的。相变存储器材料具有存取速度快和可靠性高等优点,有比其他存储器更广阔的应用空间和更好的发展趋势，有望替代目前被公众熟知的传统存储技术。

两年的行业分析表明，Optane是一种相变存储器（PCM）。Optane 采用独特的架构，该架构由堆叠在密集的三维矩阵中的可单独寻址的存储单元组成。英特尔提供的Optane DC PMMs拥有比传统DRAM更高的容量，这个介于SSD和DRAM之间的新层级对于数据中心有很大的好处。

与闪存相比，PCM提供了更好的写入性能。该技术还应提供更高的耐用性，更低的功耗和更快的访问时间，这些都是为需要大量数据的计算引擎提供的所有理想属性。

阿布·塞巴斯蒂安（Abu Sebastian）和他在IBM Research的团队正在探索仅使用一种化学元素 -锑来制造更小，更致密，更高效的PCM。尽管他们仍在努力使材料在室温下不会快速结晶，但研究人员认为他们可以增加其保留时间。如果他们成功了，那么确保材料的一致性会变得更加容易，从而有可能提高耐久性。

FRAM填补了重要位置

FRAM利用铁电晶体的铁电效应实现数据存储，当一个电场被施加到铁晶体管时，中心原子顺着电场停在低能量状态I位置，反之，当电场反转被施加到同一铁晶体管时，中心原子顺着电场的方向在晶体里移动并停在另一低能量状态II。大量中心原子在晶体单胞中移动耦合形成铁电畴，铁电畴在电场作用下形成极化电荷。铁电畴在电场下反转所形成的极化电荷较高，铁电畴在电场下无反转所形成的极化电荷较低，这种铁电材料的二元稳定状态使得铁电可以作为存储器。